Synthesis, Rietveld refinement of crystal structure, electron diffraction, and electrical transport properties of [Ba.sub.2]([Ca.sub.1-x-y][Fe.sub.x] [Nb.sub.y])([Nb.sub.1-z][Fe.sub.z]) [O.sub.6-[delta]] double perovskites

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From: Canadian Journal of Chemistry(Vol. 89, Issue 6)
Publisher: NRC Research Press
Document Type: Report
Length: 3,298 words
Lexile Measure: 1760L

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Abstract :

We report the synthesis, crystal structure, and electrochemical properties of new Fe-doped [Ba.sub.2]([Ca.sub.1-x-y][Fe.sub.x][Nb.sub.y]) ([Nb.sub.1-z][Fe.sub.z])[O.sub.6-[delta]] (Fe-BCN). The Fe-BCN was synthesized by a solid-state method in air using corresponding metal oxides and salts at elevated temperature. All of the observed powder X-ray diffraction (PXRD) peaks of the investigated Fe-BCN were indexed as cubic Fm-3m (space group No. 225) double perovskite-type structure with cell constants a ~ 8.4 [Angstrom] and is consistent with selected area electron diffraction (SAED). Rietveld analysis suggested the distribution of Fe was at both 4a and 4b sites, supported the proposed chemical formula [Ba.sub.2]([Ca.sub.1-x-y] [Fe.sub.x][Nb.sub.y])([Nb.sub.1-z][Fe.sub.z])[O.sub.6-[delta]]. This was further verified by bond valence sum (BVS) analysis of the cations. The Fe-BCN showed superior chemical stability in pure C[O.sub.2] and boiling [H.sub.2]O confirmed by PXRD and FTIR. The electrical conductivity was determined by AC impedance spectroscopy. Among the samples investigated, [Ba.sub.2]([Ca.sub.0.79][Fe.sub.0.21])([Nb.sub.0.71][Fe.sub.0.29) [O.sub.6-[delta]] showed the highest total (bulk + grain-boundary) conductivity of 1.1 x [10.sup.-2] S [cm.sup.-1] in humidified (3%) [N.sub.2] at 600[degrees]C with activation energy of 0.43 eV in the temperature range 200-800[degrees]C. Key words: protonic conductors, perovskites, Fe-BCNs, mixed ionic and electronic conductors (MIECs), solid oxide fuel cells (SOFCs), anodes, Rietveld refinement, AC impedance spectroscopy, selected area electron diffraction (SAED), powder X-ray diffraction (PXRD). On a effectue la synthese, determine la structure cristalline et mesure les proprietes electrochimiques de nouveaux [Ba.sub.2]([Ca.sub.1-x-y][Fe.sub.x][Nb.sub.y])[O.sub.6[delta]] dopes au fer (Fe-BCN). Les Fe-BCN ont ete synthetises par une methode a l'etat solide, dans l'air, en utilisant les oxydes et des sels des metaux correspondants, a des temperatures elevees. Toutes les raies des spectres de diffraction des rayons-X de poudres (DRXP) des Fe-BCN etudies ont ete indexees comme des structures cubiques Fm-3m (groupe d'espace No. 225) de type perovskite double avec des constantes de maille de [alpha] ~ 8,4 [Angstrom] qui est en accord avec la diffraction electronique d'une surface choisie (DESC). Une analyse de Rietveld suggere que la distribution du Fe se fait tant sur les sites 4a que 4b qui est en accord avec la formule chimique proposee [Ba.sub.2]([Ca.sub.1-x-y][Fe.sub.x])([Nb.sub.y])[O.sub.6-[delta]]. Cette hypothese a aussi ete confirmee par une analyse de la somme des valences de liaison (SVL) des cations. La stabilite chimique superieure du Fe-BCN dans le C[O.sub.2] pur et dans l'eau bouillante a ete confirmee par DRXP et par infrarouge a transformee de Fourier (IR-TF). On a determine la conductivite electrique par spectroscopie d' impedance en courant alternatif (CA). Parmi les echantillons etudies, le [Ba.sub.2]([Ca.sub.0,79][Fe.sub.0,21]) ([Nb.sub.0,71][Fe.sub.0,29])[O.sub.6-[delta]] presente la conductivite totale (ensemble + limite des grains) la plus elevee, 1,1 x [10.sup.-2] S [cm.sup.-1], dans de l'azote humidifie (3 %), a 600[degrees]C, avec une energie d'activation de 0,43 eV dans la plage de temperature allant de 200 a 800[degrees]C. Mots-cles : conducteurs protoniques, perovskite, Fe-BCN, conducteurs mixtes ionique et electronique (CMIE), piles a combustible a oxyde solide (PCOS), anodes, affinement de Rietveld, spectroscopie d'impedance a courant alternatif, diffraction electronique d' une surface choisie (DESC), diffraction des rayons X de poudres (DRXP).

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Gale Document Number: GALE|A267810168